(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置であって、
上下方向に延びる柱材で構成され、上端部が前記構造物の上端部に連結されるとともに、下端部が前記支持体に連結された支持部材と、
当該支持部材に直列に連結され、回転可能な回転マスを有するとともに、前記構造物が振動したときに、前記支持部材を介して伝達される前記構造物の変位を前記回転マスの回転運動に変換するマスダンパと、
前記構造物に設けられ、前記支持部材の前記マスダンパとの連結部に近い部分を回転不能に係止することによって、前記マスダンパの反力トルクによる前記支持部材のねじれを防止するためのねじれ防止機構と、
を備えることを特徴とする構造物の制振装置。
【請求項２】
前記支持部材は、その長さ方向の途中の部位に当接部を有し、
前記構造物に設けられ、前記支持部材の前記当接部が当接することによって、当該支持部材の座屈を防止するための座屈防止機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の構造物の制振装置。
【請求項３】
前記座屈防止機構は、前記構造物に設けられた基部と、当該基部に設けられ、前記支持部材の前記当接部が当接する被当接部とを有し、
当該被当接部および前記当接部の少なくとも一方が、滑性を有する材料で構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の構造物の制振装置。
【請求項４】
前記座屈防止機構の前記基部には、弾性材で構成された取付部が設けられ、
前記被当接部は、前記取付部を介して前記基部に取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載の構造物の制振装置。
【請求項５】
前記座屈防止機構は、前記構造物に設けられた基部と、当該基部に設けられ、前記支持部材の前記当接部が当接する被当接部とを有し、
前記被当接部は、前記支持部材と接触するとともに、移動する当該支持部材を回転しながら案内するガイドローラで構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の構造物の制振装置。
【請求項６】
前記支持部材は、前記構造物を中心として互いに対称に配置された一対の支持部材で構成され、当該一対の支持部材の各々は、互いに異なる圧縮剛性および引張剛性を有し、
前記マスダンパは、前記一対の支持部材にそれぞれ連結された一対のマスダンパで構成されており、
前記マスダンパの諸元、前記支持部材の圧縮剛性および引張剛性は、前記マスダンパの諸元と前記支持部材の圧縮剛性および引張剛性の平均値とに応じて定まる固有振動数が前記構造物の固有振動数に同調するように設定されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の構造物の制振装置。
【請求項７】
前記マスダンパに設けられ、当該マスダンパにその軸線方向に作用する荷重が所定の制限荷重に達したときに、前記マスダンパによる前記構造物の変位から前記回転マスの回転運動への変換を制限する制限機構をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の構造物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持体に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の制振装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制振装置は、高層建物などの構造物の上端部に一体に設けられ、構造物から両側に水平に延びる剛性部材と、一端部が剛性部材に接続されたマスダンパと、構造物と平行に上下方向に延びる支持部材を備えている。この支持部材の上端部はマスダンパの他端部に接続され、下端部は地盤に接続されている。また、マスダンパは、回転マスおよびボールねじを有しており、マスダンパの伸縮運動は、このボールねじで回転運動に変換された状態で回転マスに伝達され、それにより、回転マスが回転する。
【０００３】
以上の構成の従来の制振装置では、地震時などに、構造物が繰り返し曲げ変形し、その上部側が横方向に往復動すると、構造物と一体の剛性部材が上下方向に揺動し、その揺動による変位がマスダンパに伝達される。このように、構造物が振動するのに伴い、構造物の変位が剛性部材を介してマスダンパに伝達されることによって、マスダンパが伸縮し、回転マスが回転する。この従来の制振装置では、支持部材およびマスダンパから成る付加振動系の固有振動数を構造物の固有振動数に同調（共振）させることにより、構造物の振動エネルギを付加振動系で吸収することによって、構造物の振動が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６３７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したボールねじ式のマスダンパは、その伸縮運動をボールねじで回転運動に変換した状態で回転マスに伝達するように構成されているので、回転マスの回転に伴って非常に大きな反力トルクが発生する。これに対し、上述した従来の制振装置では、マスダンパが、上下方向に延びる支持部材を介して地盤に接続されているため、構造物の振動に伴ってマスダンパに大きな反力トルクが発生し、この反力トルクによって支持部材が大きくねじられる場合がある。その場合には、構造物の変位を回転マスの回転運動に良好に変換できず、構造物の振動エネルギを付加振動系で十分に吸収できないため、構造物の振動を適切に抑制することができなくなる。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、構造物の振動時、マスダンパの反力トルクの影響を受けることなく、構造物の変位を回転マスの回転運動に良好に変換でき、それにより、構造物の振動を適切に抑制することができる構造物の制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、支持体に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置であって、上下方向に延び、上端部が構造物の上端部に連結されるとともに、下端部が支持体に連結された支持部材と、支持部材に直列に連結され、回転可能な回転マスを有するとともに、構造物が振動したときに、支持部材を介して伝達される構造物の変位を回転マスの回転運動に変換するマスダンパと、構造物に設けられ、支持部材のマスダンパとの連結部に近い部分を回転不能に係止することによって、支持部材のねじれを防止するためのねじれ防止機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
地震時などに構造物が振動すると、構造物が高層の場合には特に、構造物のせん断変形よりも曲げ変形が卓越するため、構造物の振動は、その上端側が横方向に繰り返し往復動するような態様（以下「構造物の揺動」という）で行われる。上述した構成によれば、支持体に立設された構造物の上端部に、柱材で構成された支持部材の上端部が連結され、この支持部材の下端部は支持体に連結されるとともに、支持部材には、回転マスを有するマスダンパが直列に連結されている。構造物が上述したように揺動すると、その変位が支持部材を介して伝達されることによって、回転マスが回転し、支持部材およびマスダンパから成る付加振動系が振動する。これにより、付加振動系の固有振動数が構造物の固有振動数に同調した状態で、構造物の振動エネルギが付加振動系で吸収されることによって、構造物の振動が抑制される。
【０００９】
また、上記の構成では、回転マスの回転に伴い、マスダンパの反力トルクが発生し、支持部材に伝達されることによって、支持部材が大きくねじられるおそれがある。ここで、ボールねじの摩擦がない理想的な状態において、マスダンパの反力トルクＴｎは、マスダンパの軸方向反力Ｐｎとボールねじのリード長Ｌｄ（ピッチ）に比例し、Ｔｎ＝（Ｐｎ×Ｌｄ）／（２π）で表される。この反力トルクによる支持部材のねじれは、構造物に設けられたねじれ防止機構により、支持部材を回転不能に係止し、その回転を拘束することによって、防止される。したがって、支持部材を介してマスダンパに伝達される構造物の変位を、マスダンパの反力トルクの影響を受けることなく、回転マスの回転運動に良好に変換でき、それにより、構造物の振動の抑制を適切に行うことができる。この場合、支持部材のマスダンパとの連結部に近い部分が係止されるので、支持部材のねじれ防止を効果的に行うことができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構造物の制振装置において、支持部材は、その長さ方向の途中の部位に当接部を有し、構造物に設けられ、支持部材の当接部が当接することによって、支持部材の座屈を防止するための座屈防止機構をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
前述したように、振動時に、構造物が曲げ変形を伴いながら揺動することと、構造物の変位が上下方向に延びる支持部材を介してマスダンパに伝達されることから、支持部材には圧縮荷重と引張荷重が交互に作用するので、この圧縮荷重によって支持部材が座屈するおそれがある。上述した構成によれば、支持部材は、その長さ方向の途中の部位に当接部を有しており、この当接部が座屈防止機構に当接することによって、支持部材の座屈が防止される。これにより、構造物の変位を支持部材を介してマスダンパに良好に伝達でき、構造物の振動の抑制をより適切に行うことができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の構造物の制振装置において、座屈防止機構は、構造物に設けられた基部と、基部に設けられ、支持部材の当接部が当接する被当接部とを有し、被当接部および当接部の少なくとも一方が、滑性を有する材料で構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、座屈防止機構は、構造物に基部を介して設けられた被当接部を有しており、この被当接部に支持部材の当接部が当接することによって、支持部材の座屈が防止される。また、構造物が揺動するのに伴い、支持部材は、その当接部が被当接部に接触した状態で、上下方向に交互に移動する。本発明によれば、互いに接触する被当接部および当接部の少なくとも一方が、滑性を有する材料で構成されているので、この支持部材の上下方向の移動を円滑に行うことができる。その結果、構造物の変位を支持部材を介してマスダンパに良好に伝達でき、構造物の振動の抑制をさらに適切に行うことができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の構造物の制振装置において、座屈防止機構の基部には、弾性材で構成された取付部が設けられ、被当接部は、取付部を介して基部に取り付けられていることを特徴とする。
【００１５】
上述したように、支持部材の移動は、構造物の揺動に伴って生じるので、座屈防止機構の被当接部に対して傾いた（回転角が発生した）状態で行われることがある。本発明によれば、この被当接部が、弾性材で構成された取付部を介して取り付けられている。この構成により、支持部材が被当接部に対して傾いた状態で移動する場合には、取付部が支持部材に追従して弾性変形することによって、支持部材の傾き（回転角）が吸収される。これにより、支持部材の当接状態を保ちながら、その移動を円滑に行わせることができ、したがって、構造物の変位を支持部材を介してマスダンパに良好に伝達することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項２に記載の構造物の制振装置において、座屈防止機構は、構造物に設けられた基部と、基部に設けられ、支持部材の当接部が当接する被当接部とを有し、被当接部は、支持部材と接触するとともに、移動する支持部材を回転しながら案内するガイドローラで構成されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、請求項３の場合と同様、座屈防止機構の被当接部に、支持部材の当接部が当接することによって、支持部材の座屈が防止される。また、この被当接部はガイドローラで構成されており、ガイドローラは、支持部材と接触するとともに、支持部材が移動する際に回転し、支持部材を案内する。したがって、請求項３の場合と同様、支持部材の移動を円滑に行わせながら、構造物の変位を支持部材を介してマスダンパに良好に伝達でき、構造物の振動の抑制をさらに適切に行うことができる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の構造物の制振装置において、支持部材は、構造物を中心として互いに対称に配置された一対の支持部材で構成され、一対の支持部材の各々は、互いに異なる圧縮剛性および引張剛性を有し、マスダンパは、一対の支持部材にそれぞれ連結された一対のマスダンパで構成されており、マスダンパの諸元、支持部材の圧縮剛性および引張剛性は、マスダンパの諸元と支持部材の圧縮剛性および引張剛性の平均値とに応じて定まる固有振動数が構造物の固有振動数に同調するように設定されていることを特徴とする。
【００１９】
前述したように、地震時などに構造物が揺動するのに伴い、支持部材には圧縮荷重と引張荷重が交互に繰り返し作用する。支持部材の圧縮剛性および引張剛性が互いに異なる場合、支持部材およびマスダンパから成る付加振動系の固有振動数は、支持部材に圧縮荷重が作用したときと、引張荷重が作用したときで、互いに異なる大きさになる。このため、単一の支持部材および単一のマスダンパから成る単一の付加振動系を用いた場合には、圧縮荷重および引張荷重の一方が支持部材に作用したときに、付加振動系の固有振動数を構造物の所望の固有振動数に同調させることは可能であるものの、圧縮荷重および引張荷重の他方が支持部材に作用したときには、この所望の固有振動数に同調させることができず、制振装置の制振効果が十分に得られないおそれがある。
【００２０】
このような観点から、本発明によれば、支持部材は、構造物を中心として互いに対称に配置された一対の支持部材で構成され、マスダンパは、一対の支持部材にそれぞれ連結された一対のマスダンパで構成されている。この構成により、構造物の揺動に伴い、一対の支持部材の一方に圧縮荷重が作用するときには、それと同時に、他方の支持部材に引張荷重が作用するという関係が得られるとともに、各支持部材には圧縮荷重と引張荷重が交互に繰り返し作用する。以上の関係から、一対の支持部材および一対のマスダンパの全体によって付加振動系が構成されるとみなすことができる。
【００２１】
さらに、本発明によれば、構造物の固有振動数に同調させるための付加振動系の固有振動数が、マスダンパの諸元と支持部材の圧縮剛性および引張剛性の平均値とに応じて定められる。これにより、構造物の揺動に伴って一対の支持部材に圧縮荷重および引張荷重が交互に繰り返し作用したときに、一対の支持部材およびマスダンパの全体から成る付加振動系の固有振動数を構造物の固有振動数に同調させることができ、したがって、制振装置の制振効果を良好に得ることができる。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の構造物の制振装置において、マスダンパに設けられ、マスダンパにその軸線方向に作用する荷重が所定の制限荷重に達したときに、マスダンパによる構造物の変位から回転マスの回転運動への変換を制限する制限機構をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、マスダンパにその軸線方向に作用する荷重が所定の制限荷重に達したときに、構造物の変位を回転マスの回転運動に変換するマスダンパの動作が、制限機構によって制限される。これにより、マスダンパの反力の過大化が防止されるので、前述した請求項１および２に係る発明の作用と相まって、支持部材のねじれおよび座屈を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による制振装置を、これを適用した構造物とともに概略的に示す図である。
【図２】制振装置の平面的な配置を示す図である。
【図３】支持部材における柱材の連結状態を示す部分拡大正面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】皿ばねの拡大断面図である。
【図６】図３の支持部材の剛性を示す図である。
【図７】マスダンパの縦断面図である。
【図８】振動時に構造物が揺動する状況を概略的に示す図である。
【図９】ねじれ防止機構および第１実施例による座屈防止機構の、ハッチングを省略した断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】第２実施例による座屈防止機構の、ハッチングを省略した断面図である。
【図１２】図１１のＸII−ＸII線に沿う断面図である。
【図１３】第２実施例による座屈防止機構の動作状態を示す、ハッチングを省略した断面図である。
【図１４】変形例による座屈防止機構変形の動作状態を示す、ハッチングを省略した断面図である。
【図１５】第３実施例による座屈防止機構の断面図である。
【図１６】図１５の座屈防止機構に用いられるガイドローラを概略的に示す斜視図である。
【図１７】第４実施例による座屈防止機構の（ａ）静止状態および（ｂ）動作状態を示す断面図である。
【図１８】図１７のＸＶIII−ＸＶIII線に沿う断面図である。
【図１９】図１７の座屈防止機構に用いられるボールローラを破断して概略的に示す図である。
【図２０】マスダンパの上下方向の配置を異ならせた２つの例を示す、図１と同様の図である。
【図２１】付加振動系の平面的な配置を異ならせた例を示す、図２と同様の図である。
【図２２】付加振動系を構造物の内部に配置した例を示す、図２と同様の図である。
【図２３】防火区画を有する座屈防止機構を示す、ハッチングを省略した断面図である。
【図２４】図３と異なる２つの支持部材における柱材の連結状態を示す部分拡大正面図である。
【図２５】図２４の支持部材の剛性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す構造物Ｂは、高層のビルであり、地盤に設けられた基礎Ｆに立設されている。制振装置１は、支持部材２およびマスダンパ３で構成された複数の付加振動系Ａを備える。この制振装置１は、この付加振動系Ａの固有振動数を、地震時などに振動する構造物Ｂの固有振動数に同調させることによって、構造物Ｂの振動エネルギを付加振動系Ａで吸収し、抑制するものである。
【００２６】
図１および図２に示すように、付加振動系Ａは、構造物Ｂの外周に沿うように計１０基、設けられている。具体的には、構造物Ｂを中心として、図１の奥行方向（図２の上下方向）に対向する位置に各３基、左右方向に対向する位置に各２基、それぞれ互いに対称に配置されている。
【００２７】
各支持部材２は、構造物Ｂの外側に配置され、上下方向に延びており、その上端部は構造物Ｂの上端部、例えば最上部のブレース階ＦＢに連結されるとともに、下端部にはマスダンパ３が連結されている。図３に示すように、支持部材２は、上下方向に互いに接合・固定された複数の柱材４で構成されている。各柱材４は、中空の角柱状の鋼材で構成されており（図４参照）、その上下の各端部にはフランジ４ａが一体に設けられている。
【００２８】
各上下２つの柱材４、４は、それらのフランジ４ａ、４ａを互いに突き合わせた状態で、各フランジ４ａに形成された複数の孔（図示せず）にそれぞれボルト５を挿入するとともに、各ボルト５にダブルナット７をねじ込み、締め付けることによって、互いに連結されている。
【００２９】
また、一方の柱材４のフランジ４ａとダブルナット７の間には、皿ばね６が設置されている。図５に示すように、皿ばね６は、４枚のばね座金６ａを交互に異なる向きで重ねた、いわゆる直列４段タイプのものである。
【００３０】
図６は、上記の構成の支持部材２に作用する軸荷重Ｆと変形量δとの関係を示している。同図において、傾きθＴは支持部材２の引張剛性を表し、傾きθＣは支持部材２の圧縮剛性を表す。すなわち、柱材４、４の連結部に皿ばね６が上述したように設置されるため、支持部材２に引張荷重が作用したときには、皿ばね６がたわむので、支持部材２の引張剛性θＨは、柱材４と皿ばね６の剛性を合わせたものになる。これに対し、支持部材２に圧縮荷重が作用したときには、皿ばね６はたわまないので、支持部材２の圧縮剛性θＣは、柱材４の剛性に一致する。その結果、図６に示すように、支持部材２の引張剛性θＴは、圧縮剛性θＣよりも小さくなる。
【００３１】
なお、皿ばね６を設置する柱材４、４の連結部の数は、任意に設定することが可能であり、その数が増えるほど、直列に配置される皿ばね６の数が多くなるため、支持部材２の引張剛性θＴはより小さくなる。また、例示した直列４段タイプの皿ばね６に代えて、ばね座金６ａの枚数が異なる皿ばね、あるいは並列型の皿ばねを採用することが可能であり、それによっても、支持部材２の引張剛性θＴを調整することができる。
【００３２】
図７に示すように、マスダンパ３は、内筒１１、ボールねじ１２、回転マス１３、および制限機構１４を有している。内筒１１は、円筒状の鋼材で構成されている。内筒１１の一端部は開口しており、他端部は、マスダンパ３の反力によっては回転しない程度の摩擦を有する自在継手１５ａを介して、第１フランジ１５に回転自在に且つ軸線方向に移動不能に取り付けられている。
【００３３】
また、ボールねじ１２は、ねじ軸１２ａと、ねじ軸１２ａに多数のボール１２ｂを介して螺合するナット１２ｃを有しており、内筒１１と同軸状でかつ直列に配置されている。ねじ軸１２ａの一端部は、上述した内筒１１の開口に収容されており、ねじ軸１２ａの他端部は、マスダンパ３の反力によっては回転しない程度の摩擦を有する自在継手１６ａを介して、第２フランジ１６に回転自在に且つ軸線方向に移動不能に取り付けられている。ナット１２ｃの一端部は、クロスローラベアリング１７を介して内筒１１に嵌合しており、それにより、ナット１２ｃは、内筒１１に回転自在に支持されている。
【００３４】
回転マス１３は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。また、回転マス１３は、内筒１１およびボールねじ１２の外側に同軸状に配置され、両者１１、１２を覆っている。回転マス１３の第１フランジ１５側の端部は、ラジアルベアリング１８を介して、内筒１１に嵌合しており、それにより、回転マス１３は、内筒１１に回転自在に支持されている。また、回転マス１３と内筒１１の間には、一対のリング状のシール材１９、１９が設けられている。これらのシール材１９、１９、回転マス１３および内筒１１によって形成された空間には、シリコンオイルで構成された粘性体２０が充填されている。
【００３５】
以上のように構成されたマスダンパ３では、内筒１１とねじ軸１２ａの間に相対変位が発生すると、この相対変位がボールねじ１２で回転運動に変換された状態で、制限機構１４を介して回転マス１３に伝達されることによって、回転マス１３が回転する。以下、このように内筒１１とねじ軸１２ａの間の相対変位を回転マス１３の回転運動に変換するマスダンパ３の動作を、「マスダンパ３の回転変換動作」という。
【００３６】
上記の制限機構１４は、このマスダンパ３の回転変換動作を制限するものであり、リング状の回転滑り材１４ａと、複数のねじ１４ｂおよびばね１４ｃ（２つのみ図示）で構成されている。回転滑り材１４ａは、回転マス１３とボールねじ１２のナット１２ｃとの間に配置されている。この回転滑り材１４ａが配置された回転マス１３の部分には、複数のばね収容孔１３ａが形成されている。これらのばね収容孔１３ａは、周方向に等間隔に配置され、径方向に貫通している。各ばね収容孔１３ａには、ねじ１４ｂがねじ込まれるとともに、ねじ１４ｂと回転滑り材１４ａの間にばね１４ｃが収容されている。
【００３７】
以上の構成により、ねじ１４ｂを強く締め付けると、回転滑り材１４ａがばね１４ｃの付勢力でナット１２ｃに強く押し付けられることによって、回転マス１３は、回転滑り材１４ａを介してナット１２ｃに一体に連結された状態になる。
【００３８】
また、この状態からねじ１４ｂを緩めると、その締付度合が低くなり、マスダンパ３の軸線方向に作用する荷重（以下「軸荷重」という）が、ねじ１４ｂの締付度合に応じて定まる制限荷重に達するまでは、回転マス１３がナット１２ｃと一体に回転する。一方、マスダンパ１３の軸荷重が制限荷重に達すると、回転滑り材１４ａとナット１２ｃまたは回転マス１３との間に滑りが発生することによって、マスダンパ３の回転変換動作が制限される。この状態では、回転滑り材１４ａとナット１２ｃまたは回転マス１３との間に発生する摩擦抵抗によって、マスダンパ３の回転変換動作の制限により低下した回転マス１３の回転慣性力が補われる。
【００３９】
以上の構成のマスダンパ３は、その第１フランジ１５が支持部材２の下端部に接続されるとともに、第２フランジ１６が基礎Ｆに接続されており、それにより、支持部材２に直列に連結されている。また、地震時などに、図８に示すように構造物Ｂが揺動すると、構造物Ｂの変位が、支持部材２を介してマスダンパ３に伝達される。それに伴い、マスダンパ３の回転変換動作によって、回転マス１３が回転するとともに、支持部材２に圧縮荷重および引張荷重が交互に繰り返し作用し、支持部材２およびマスダンパ３から成る付加振動系Ａが振動する。これにより、構造物Ｂの振動エネルギが付加振動系Ａで吸収されることによって、構造物Ｂの振動が抑制される。
【００４０】
この場合、付加振動系Ａのマスダンパ３の諸元（回転マス１３の回転慣性質量ｍｄ、粘性体２０の粘性係数ｃｄ、および制限機構１４の制限荷重Ｆｒ）および支持部材２の引張剛性θＴは、回転慣性質量ｍｄおよび引張剛性θＴによって定まる付加振動系Ａの固有振動数ｆｄ１（＝sqrt(θＴ／ｍｄ)／（２π））（以下「第１固有振動数」という）が、構造物Ｂの振動モードが一次モードのときの固有振動数（以下「一次固有振動数」という）に同調するように、設定されている。
【００４１】
また、マスダンパ３の諸元および支持部材２の圧縮剛性θＣは、回転マス１３の回転慣性質量ｍｄおよび圧縮剛性θＣによって定まる付加振動系Ａの固有振動数ｆｄ２（＝sqrt(θＣ／ｍｄ)／（２π））（以下「第２固有振動数」という）が、構造物Ｂの振動モードが二次モードのときの固有振動数（以下「二次固有振動数」という）に同調するように、設定されている。これらの設定は、定点理論に基づいて行われる。
【００４２】
制振装置１はさらに、ねじれ防止機構３１および座屈防止機構４１を備えている。ねじれ防止機構３１は、上述したマスダンパ３の回転変換動作に伴ってマスダンパ３から作用する大きな反力トルクによる支持部材２のねじれを防止するためのものである。また、座屈防止機構４１は、構造物Ｂの揺動に伴って作用する圧縮荷重による支持部材２の座屈を防止するためのものである。
【００４３】
図１に示すように、ねじれ防止機構３１は、マスダンパ３の直上に配置され、座屈防止機構４１は、ねじれ防止機構３１よりも上側の４箇所に、互いに等間隔に配置されている。図９および図１０に示すように、本実施形態では、両機構３１、４１は、互いに同じ構成を有しており、構造物Ｂに設けられた拘束用のスラブ３２と、スラブ３２に取り付けられた滑り板３３などで構成されている。
【００４４】
スラブ３２は、構造物Ｂに一体に設けられたコンクリート製のものであり、構造物Ｂの外周に沿って水平に延びている（図１および図２参照）。スラブ３２には、支持部材２に対応する位置に、複数の矩形の拘束孔３２ａが形成されており、各拘束孔３２ａに支持部材２が挿入されている。
【００４５】
滑り板３３は、滑性を有する材料、例えばフッ素樹脂で構成されており、拘束孔３２ａの四方の壁面にそれぞれ貼り付けられている。また、支持部材２の四方の外面には、拘束孔３２ａに対応する位置に、ステンレスなどで構成された当接板２ａがそれぞれ貼り付けられており、これらの当接板２ａは、若干の隙間をもって滑り板３３に対向している。
【００４６】
以上の構成により、マスダンパ３の回転変換動作に伴い、マスダンパ３から支持部材２に反力トルクが作用することにより、支持部材２が若干、回転すると、支持部材２がねじれ防止機構３１の拘束孔３２ａの縁部で係止されることによって、その回転が拘束される。これにより、マスダンパ３の大きな反力トルクが作用した場合でも、それによる支持部材２のねじれを確実に防止することができる。また、ねじれ防止機構３１がマスダンパ３の直上に配置され、支持部材２のマスダンパ３との連結部に近い部分を係止するので、支持部材２のねじれ防止を効果的に行うことができる。
【００４７】
また、構造物Ｂの揺動に伴い、支持部材２に圧縮荷重が作用することにより、支持部材２が若干たわむと、支持部材２が座屈防止機構４１の拘束孔３２ａの縁部に当接することによって、その変位が拘束される。これにより、圧縮荷重が作用したときの支持部材２の座屈を確実に防止することができる。
【００４８】
以上のように支持部材２のねじれおよび座屈が防止される結果、構造物Ｂの変位を、支持部材２を介してマスダンパ３にロスなく伝達しながら、回転マス１３の回転運動に良好に変換でき、したがって、構造物Ｂの振動を適切に抑制することができる。また、支持部材２が当接板２ａを介して滑り板３３に当接するので、支持部材２が拘束孔３２ａに対して上下方向に相対的に移動するときの摩擦抵抗が低減され、それにより、支持部材２の移動を円滑に行えるとともに、構造物Ｂの変位の伝達ロスをさらに抑制することができる。
【００４９】
また、支持部材２の引張剛性θＴが圧縮剛性θＣよりも小さいとともに、マスダンパ３の諸元および引張剛性θＴは、それらによって定まる付加振動系Ａの第１固有振動数が構造物Ｂの一次固有振動数に同調するように設定され、マスダンパ３の諸元および圧縮剛性θＣは、それらによって定まる付加振動系Ａの第２固有振動数が構造物Ｂの二次固有振動数に同調するように設定されている。これにより、構造物Ｂが２つの振動モードで振動する場合に、１基の付加振動系Ａによって多重同調を行うことができる。
【００５０】
また、構造物Ｂを中心として互いに対称に配置された２基の付加振動系Ａ、Ａを一対とみなした場合、構造物Ｂの揺動中、構造物Ｂが中立位置にあるタイミングを除き、それらのいずれか一方の支持部材２には圧縮荷重が作用し、それと同時に、他方の支持部材２には引張荷重が作用する。したがって、構造物Ｂの揺動中、互いに異なる圧縮剛性および引張剛性に基づく多重同調がほぼ絶え間なく行われるので、構造物Ｂの振動を効果的に抑制することができる。
【００５１】
さらに、マスダンパ３の軸荷重が所定の制限荷重に達したときに、マスダンパ３の回転変換動作が制限機構１４で制限されることによって、マスダンパ３の反力の過大化が防止されるので、支持部材２のねじれおよび座屈をさらに確実に防止することができる。
【００５２】
次に、図１１〜図１３を参照しながら、第２実施例による座屈防止機構について説明する。この座屈防止機構５１は、上述した第１実施例の座屈防止機構４１に対して、弾性シート３４を付加したものである。なお、両図では、第１実施例と同じ構成要素については同じ符号が付されており、このことは、後述する他の図についても同様である。
【００５３】
弾性シート３４は、例えばゴムで構成されており、拘束孔３２ａの四方の壁面にそれぞれ貼り付けられている。滑り板３３は、各弾性シート３４にこれを覆うように貼り付けられている。他の構成は、第１実施例の座屈防止機構４１と同じである。
【００５４】
この構成によれば、図１３に示すように、支持部材２が拘束孔３２ａに対して傾いた状態で上下方向に移動する場合には、弾性シート３４が支持部材２に追従して弾性変形することによって、支持部材２の回転角が吸収される。これにより、支持部材２の当接状態を保ちながら、その移動を円滑に行わせることができ、したがって、構造物Ｂの変位を支持部材２を介してマスダンパ３に良好に伝達することができる。
【００５５】
なお、図１４に示すように、上記の弾性シート３４を用いずに、支持部材２との滑り板３３の接触部分の長さを小さくしてもよい。この構成によっても、上記の第２実施例と同様、支持部材２の回転角を吸収しながら、その移動を円滑に行わせることができる。
【００５６】
次に、図１５および図１６を参照しながら、第３実施例による座屈防止機構について説明する。この座屈防止機構６１は、第１実施例の座屈防止機構４１と比較し、当接板２ａと滑り板３３に代えて、ガイドローラを用いたものである。
【００５７】
図１６に示すように、このガイドローラ６２は、ねじ付きの軸部６３と、この軸部６３と同軸状に一体に設けられた円柱状の本体部６４と、本体部６４の外周面にベアリング（図示せず）を介して回転自在に取り付けられた円筒状の回転体６５などで構成されている。
【００５８】
一方、スラブ３２の支持部材２に対応する位置には、複数の矩形のローラ取付孔３２ｂが形成されており、各ローラ取付孔３２ｂに支持部材２が挿入されている。また、ローラ取付孔３２ｂの四方の壁面には、鋼材などから成るステイ６６がそれぞれ設けられている。各ステイ６６は取付孔３２ｂの壁面から直角に内方に延び、その先端部の側面にはねじ穴（図示せず）が形成されている。ガイドローラ６２は、その軸部６３を各ステイ６６のねじ穴にねじ込むことによって、ステイ６６に取り付けられている。この状態では、４つのガイドローラ６２の回転体６５の外周部が、支持部材２の四方の外面にそれぞれ接触している。
【００５９】
以上の構成により、支持部材２が上下方向に移動すると、ガイドローラ６２の回転体６５が回転することによって、支持部材２が案内される。したがって、支持部材２の当接状態を保ちながら、その移動を円滑に行わせることができる。
【００６０】
次に、図１７〜図１９を参照しながら、第４実施例による座屈防止機構について説明する。この座屈防止機構７１は、第３実施例の座屈防止機構６１と比較し、ガイドローラ６２に代えて、ボールローラを用いたものである。
【００６１】
図１９に示すように、このボールローラ７２は、ボルト状の本体部７３と、本体部７３に設けられたサブボール７４およびメインボール７５などで構成されている。本体部７３の軸部にはねじ７３ａが形成され、本体部７３の頭部には、半球状のボール収容穴７３ｂが形成されている。このボール収容穴７３ｂの底部に、回転自在の多数のサブボール７４が埋め込まれている。また、メインボール７５は、その半部がボール収容穴７３ｂに収容され、サブボール７４に点接触しており、それにより、本体部７３に対して任意の方向の軸線回りに回転自在である。メインボール７５の残りの半部は、本体部７３の外部に突出している。
【００６２】
一方、スラブ３２のローラ取付孔３２ｂの四方の壁面にはそれぞれ、２つのねじ穴（図示せず）が形成されている。ボールローラ７２は、その本体部７３のねじ７３ａを各ねじ穴にねじ込むことによって、ローラ取付孔３２ｂの壁面に取り付けられている。この状態では、ボールローラ７２は、ローラ取付孔３２ｂの壁面から支持部材２に向かって水平に延び、そのメインボール７５は、支持部材２の外面に、若干の隙間をもって対向している。
【００６３】
以上の構成により、支持部材２が上下方向に移動すると、これに接触するメインボール７５が回転することによって、支持部材２が案内される。この場合、メインボール７５は、支持部材２に点接触するとともに、任意の方向の軸線回りに回転自在であるので、支持部材２の動きに良好に追従しながら回転する。したがって、図１７（ｂ）に示すように支持部材２が傾いた場合でも、支持部材２の当接状態を保ちながら、その移動を円滑に行わせることができる。
【００６４】
なお、上述した実施形態では、マスダンパ３の諸元、支持部材２の圧縮剛性θＣおよび引張剛性θＴは、マスダンパ３の諸元および引張剛性θＴによって定まる付加振動系Ａの第１固有振動数が構造物Ｂの一次固有振動数に同調し、かつマスダンパ３の諸元および圧縮剛性θＣによって定まる付加振動系Ａの第２固有振動数が構造物Ｂの二次固有振動数に同調するように、設定されている。
【００６５】
これに代えて、構造物Ｂを中心として互いに対称の一対の支持部材２、２に対し、上記の３つのパラメータ（マスダンパ３の諸元、圧縮剛性θＣおよび引張剛性θＴ）を、マスダンパ３の諸元と圧縮剛性θＣおよび引張剛性θＴの平均値とに応じて定まる付加振動系Ａの固有振動数が構造物Ｂの一次固有振動数に同調するように設定してもよい。
【００６６】
このよう設定により、構造物Ｂの揺動に伴って一対の支持部材２、２に圧縮荷重および引張荷重が交互に繰り返し作用したときに、一対の支持部材２、２およびマスダンパ３、３の全体から成る付加振動系Ａの固有振動数を構造物Ｂの一次固有振動数に同調させることができ、したがって、制振装置の制振効果を良好に得ることができる。
【００６７】
上記以外にも、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、マスダンパ３を、構造物Ｂの最下層部に配置しているが、これに限らず、例えば図２０（ａ）（ｂ）にそれぞれ示すように、構造物Ｂの中層部や最上層部に配置してもよい。
【００６８】
この場合、ねじれ防止機構３１は、支持部材２のねじれ防止を効果的に行うために、マスダンパ３が中層部に配置されるときには、それに近い上下両側にそれぞれ配置され、マスダンパ３が最上層部に配置されるときには、その直下に配置される。また、構造物Ｂの他の高さ位置に、複数の座屈防止機構４１がほぼ等間隔に配置される。このような構成により、前述した実施形態による効果を同様に得ることができる。
【００６９】
また、付加振動系Ａの平面的な配置についても、図２に示した例に限らず、様々な配置パターンが可能である。例えば、図２１は、構造物Ｂの四隅にスラブ３２をそれぞれ設け、各スラブ３２に４基の付加振動系Ａを取り付けることによって、計１６基の付加振動系Ａを構造物Ｂを中心として対称に配置したものである。構造物Ｂの角部付近では、中央部と比較して、構造物Ｂの変位が大きく、それに応じて支持部材２の軸荷重も大きくなるので、このような付加振動系Ａの配置によって制振効果をより有効に得ることができる。
【００７０】
また、図２２に示すように、付加振動系Ａを構造物Ｂの内部に配置してもよい。この場合には、ねじれ防止機構および座屈防止機構を設置するための基部として、各階のスラブＳやパイプスペースＰＳを利用することができる。これにより、実施形態のような外付けのスラブ３２は不要になり、構造物Ｂの外部に制振装置がまったく現れないので、構造物Ｂの外観を良好に保つことができる。
【００７１】
なお、このように付加振動系Ａを構造物Ｂの内部に配置した場合には、支持部材２が構造物Ｂの床を貫通するため、その防火区画を行うことが必要になる。図２３は、その対策を施した例である。この例は、支持部材２のフランジ４ａと支持部材２が貫通するスラブＳとの間に、可撓性の耐火帯Ｒを、支持部材２とスラブＳの間の隙間を覆うように、たるませた状態で取り付けたものである。これにより、支持部材２の上下方向の移動を許容するとともに、防火区画を実現することができる。また、意匠性を考慮すると、耐火帯Ｒは天井裏に設置することが好ましい。
【００７２】
また、実施形態では、ねじれ防止機構３１および座屈防止機構４１を構成する基部として、コンクリート製のスラブ３２を用いているが、これに代えて、例えば鋼材を組み立てたものを用いてもよい。
【００７３】
さらに、実施形態では、支持部材２の柱材４を角柱状とし、それに対応して拘束孔３２ａを矩形状としているが、この構成には限らない。例えば、座屈防止機構４１については、支持部材２の側方への変位を拘束できればよいので、断面円形の柱材と、この柱材が嵌合する円形の拘束孔を採用できる。また、ねじれ防止機構３１については、支持部材２の回転を拘束できればよいので、上記の断面円形の柱材の外周面にリブなどの突部を設けるとともに、この突部が回転不能に係合する溝を拘束孔に形成してもよい。
【００７４】
また、実施形態では、支持部材２の引張剛性θＴが圧縮剛性θＣよりも小さく設定されているが、この剛性の大小関係を逆にしてもよい。図２４は、そのような剛性を有する支持部材２の２つの例を示す。すなわち、これらの支持部材２は、上下２つの柱材４、４のフランジ４ａ、４ａの間をボルト５およびダブルナット７で締め付けるとともに、フランジ４ａ、４ａの間に、弾性材としてゴム材４１（同図（ａ））または皿ばね４２（同図（ｂ））を介在させたものである。
【００７５】
この構成では、支持部材２に圧縮荷重が作用したときのみ、弾性材が変形するので、図２５に示すように、支持部材２の圧縮剛性θＣは、引張剛性θＴよりも小さくなる。なお、弾性材の設置数が増えるほど、直列に配置される弾性材の数が多くなり、支持部材２の圧縮剛性θＣがより小さくなるので、弾性材の設置数によって、支持部材２の圧縮剛性θＣを調整することができる。
【００７６】
また、このように設定された支持部材２の圧縮剛性θＣおよび引張剛性θＴに基づいて多重同調を行う場合、マスダンパ３の諸元とより小さな圧縮剛性θＣは、それらによって定まる付加振動系Ａの第１固有振動数が構造物Ｂの一次固有振動数に同調するように設定され、マスダンパ３の諸元とより大きな引張剛性θＴは、それらによって定まる付加振動系Ａの第２固有振動数が構造物Ｂの二次固有振動数に同調するように設定される。
【００７７】
以上、本発明の種々の変形例について説明したが、その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  制振装置
２  支持部材
２ａ  当接板（当接部）
３  マスダンパ
１３  回転マス
１４  制限機構
３１  ねじれ防止機構
３２  スラブ（基部）
３３  滑り板（被当接部）
３４  弾性シート（取付部）
４１  座屈防止機構
５１  座屈防止機構
６１  座屈防止機構
６２  ガイドローラ
７１  座屈防止機構
７２  ボールローラ（ガイドローラ）
Ａ  付加振動系
Ｂ  構造物
Ｆ  基礎（支持体）
θＣ  支持部材の圧縮剛性
θＴ  支持部材の引張剛性
【要約】      （修正有）【課題】構造物の振動時、マスダンパの反力トルクの影響を受けることなく、構造物の変位を回転マスの回転運動に良好に変換し、構造物の振動を適切に抑制できる構造物の制振装置を提供する。【解決手段】構造物の制振装置は、上下方向に延び、上端部が構造物Ｂの上端部に連結されるとともに、下端部が基礎Ｆに連結された支持部材２と、支持部材２に直列に連結され、回転可能な回転マスを有するとともに、構造物Ｂが振動したときに、支持部材２を介して伝達される構造物Ｂの変位を回転マスの回転運動に変換するマスダンパ３と、構造物Ｂに設けられ、支持部材２のマスダンパ３との連結部に近い部分を係止することによって、支持部材２のねじれを防止するためのねじれ防止機構３１と、を備える。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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